CN116026407A - 一种脉冲气流自动推送药卷实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锚杆支护实验设备领域，具体涉及一种脉冲气流自动推送药卷实验装置及实验方法；该装置包括实验台架、药卷喷射装置、药卷喷射管和内部可视的模拟锚孔管道；模拟锚孔管道的管壁上沿其长向开设有若干个测压孔，测压孔连通模拟锚孔，测压孔处安装微压差传感器相连，微压差传感器与多通道压力采集仪相连；实验台架通过台架旋转装置和实验台底座相连；药卷喷射管和模拟锚孔管道安装在实验台架上，药卷喷射管通过输送软管与药卷喷射装置相连；本发明提供的推送药卷实验装置可以获得不同工况、不同锚护角度等工况下的锚孔内气流压力、流速的动态变化规律，进而得到药卷的受力情况，对脉冲气流推送药卷在不同工况下的参数和尺寸匹配进行优化。

Description

一种脉冲气流自动推送药卷实验装置及实验方法

技术领域

本发明属于锚杆支护实验设备领域，具体涉及一种脉冲气流自动推送药卷实验装置及实验方法。

背景技术

锚杆支护是矿山开采的重要环节。锚杆支护包括钻孔、送药以及锚固三步操作，工艺流程复杂且效率低下，支护时间占到了巷道掘进时间的70%以上，严重影响掘进效率、制约着智能掘进。为了提高锚护效率，且达到减人增效的目的，各设备制造厂商提出了各种不同的自动锚护装置。

纵观现有的智能锚护装备，药卷的高效自动填充是制约锚护机器人广泛推广的重要原因。由于树脂锚固剂药卷是一种采用塑料薄膜封装的特殊软体，在运输、填装的过程中极易破碎。传统的人工送药卷且存在药卷填充失败的情况，对于锚护机器人自动填充药卷提出了更大的挑战。另一方面，由于药卷填充的成功率直接影响着支护的安全性问题，至今还没有完善的装置和规程对自动送药性能进行安全评价。

现有药卷自动填充主要有三种方式，（1）脉冲气流推送方式；（2）柔性绳索推送方式以及（3）自动喷浆技术。自动喷浆技术需要采用自钻锚杆，锚杆的造价昂贵，大范围推广存在成本难以降低的问题。柔性绳索推送的方式在专利CN110486065A有详细的介绍，但存在柔性绳索将药卷戳破的情况。脉冲气流推送是现阶段采用最多的药卷自动填充方式（AtlasCopco、Fletcher、山西天地煤机装备有限公司），但由于对脉冲气流推送药卷机理不明，仍在存在着药卷推送效率低、推送效率不稳定的现象。

本发明针对上述问题，提出了锚护机器人脉冲气流自动推送药卷实验装置。该装置用于获得不同工况、不同锚护角度等工况下的锚孔内气流压力、流速的动态变化规律，进而得到药卷的受力情况，对脉冲气流推送药卷在不同工况下的参数和尺寸匹配进行优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟锚护机器人脉冲气流自动推送药卷的装置，获得不同工况、不同锚护角度等工况下的锚孔内气流压力、流速的动态变化规律，进而得到药卷的受力情况，对脉冲气流推送药卷在不同工况下的参数和尺寸匹配进行优化。

本发明提供了如下技术方案：一种脉冲气流自动推送药卷实验装置，包括实验台架、药卷喷射装置、药卷喷射管和内部可视的模拟锚孔管道，模拟锚孔管道一端封闭、一端裸口，模拟锚孔管道内部作为模拟锚孔，模拟锚孔管道的内壁附着有不均匀的颗粒物；模拟锚孔管道的管壁上沿其长向开设有若干个测压孔，测压孔连通模拟锚孔，测压孔处安装微压差传感器相连，微压差传感器与多通道压力采集仪相连；

实验台架通过台架旋转装置和实验台底座相连，台架旋转装置驱动实验台架在垂直方向与水平方向之间转动；

药卷喷射管和模拟锚孔管道安装在实验台架上，药卷喷射管与模拟锚孔管道的入口对接或分离，药卷喷射管通过输送软管与药卷喷射装置相连。

进一步地，模拟锚孔管道安装在实验台架上可以调整角度的第一支架上，以水平方向为0°，垂直向上为90°，模拟锚孔的角度可以在-30~90°之间变化；

药卷喷射管安装在实验台架上可以直线滑动和调整角度的第二支架上，药卷喷射管与模拟锚孔中心对齐时为0°，药卷喷射管的出口相对于模拟锚孔的角度在10到-10°之间变化。

进一步地，第一支架包括一条伸缩臂和一条支撑臂，伸缩臂和支撑臂的底端与实验台架相连、顶端与模拟锚孔管道铰接；

第二支架包括一条伸缩臂、一条支撑臂和直线滑移组件，直线滑移组件与实验台架相连，伸缩臂和支撑臂的底端与直线滑移组件的动作部相连、顶端与药卷喷射管铰接。

进一步地，模拟锚孔管道是玻璃管或有机玻璃管。

进一步地，直线滑移组件是丝杆滑块驱动副，伸缩臂和支撑臂与丝杆滑块驱动副的滑块相连。

本发明还提供了一种脉冲气流自动推送药卷实验装置的实验方法，实验前，模拟锚孔内充入有色的示踪气体，试验时，采用高速摄像机捕捉示踪气体在树脂药卷运动过程中的动态变化规律。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种脉冲气流自动推送药卷实验装置可以获得不同工况、不同锚护角度等工况下的锚孔内气流压力、流速的动态变化规律，进而得到药卷的受力情况，对脉冲气流推送药卷在不同工况下的参数和尺寸匹配进行优化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为实验台架与实验台底座的组合示意图。

图3为图1的A处的放大图。

图4为图1的B处的放大图。

图中：1-实验台架；2-药卷喷射装置；3-药卷喷射管；4-模拟锚孔管道；5-微压差传感器；6-多通道压力采集仪；7-台架旋转装置；8-实验台底座；9-输送软管；10-伸缩臂；11-支撑臂；12-直线滑移组件；13-高速摄像机；14-操作台。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1、图2所示：一种脉冲气流自动推送药卷实验装置，包括实验台架1、药卷喷射装置2、药卷喷射管3和内部可视的模拟锚孔管道4，模拟锚孔管道4一端封闭、一端裸口，模拟锚孔管道4内部作为模拟锚孔，模拟锚孔管道4的内壁附着有不均匀的颗粒物；模拟锚孔管道4的管壁上沿其长向开设有若干个测压孔，测压孔连通模拟锚孔，测压孔处安装微压差传感器5相连，微压差传感器5（型号：ALpha161）与多通道压力采集仪6（型号：DN 9503N 坚固型动态数据采集分析仪）相连，可实时采样出模拟锚孔内压力的动态变化过程。

实验台架1通过台架旋转装置7和实验台底座8相连，台架旋转装置7驱动实验台架1在垂直方向与水平方向之间转动；该旋转角度和煤矿井下锚孔的角度相对应，可以模拟顶锚支护、侧帮支护等各个方位的锚孔角度。旋转装置7内置角度编码器，用于准确测量和控制实验台架1的角度。旋转装置7可以采用步进电机或液压马达作为动力源。

药卷喷射管3和模拟锚孔管道4安装在实验台架1上，药卷喷射管3与模拟锚孔管道4的入口对接或分离，药卷喷射管3通过输送软管9与药卷喷射装置2相连。模拟锚孔的入口与药卷喷射管出口之间的相对位置调整过程为：首先用微压差传感器5检测药卷喷射管出口与模拟锚孔的入口是否已经完全贴住，如果微压差传感器5的压力明显升高，则表示药卷喷射管的出口与模拟锚孔的入口已经完全贴合；然后启动药卷喷射管的调整装置将药卷喷射管按照预设的距离后退。

模拟锚孔管道4是玻璃管或有机玻璃管。采用透明管道用于模拟打钻以后的锚孔，透明管道的直径和长度参照井下锚孔直径和长度进行系列化定制。为了模拟锚孔的粗糙度，在有机玻璃管内壁黏贴具有相同粗糙度的砂子；或在有机玻璃管内壁涂敷胶水，并黏附煤颗粒或岩石颗粒。

如图3所示：模拟锚孔管道4安装在实验台架1上可以调整角度的第一支架上，以水平方向为0°，垂直向上为90°，模拟锚孔的角度可以在-30~90°之间变化；第一支架包括一条伸缩臂10和一条支撑臂11，伸缩臂10和支撑臂11的底端与实验台架1相连、顶端与模拟锚孔管道4铰接。

如图4所示：药卷喷射管3安装在实验台架1上可以直线滑动和调整角度的第二支架上，药卷喷射管3与模拟锚孔中心对齐时为0°，药卷喷射管3的出口相对于模拟锚孔的角度在10到-10°之间变化。第二支架包括一条伸缩臂10、一条支撑臂11和直线滑移组件12，直线滑移组件12与实验台架1相连，伸缩臂10和支撑臂11的底端与直线滑移组件12的动作部相连、顶端与药卷喷射管3铰接。

伸缩臂10可以采用油缸或电动缸驱动，通过调整油缸伸出量或电动缸的丝杆位置，调整模拟锚孔管道和药卷喷射管的角度。在模拟锚孔管道和药卷喷射管的旋转点上，布置有角度编码器，用于准确控制旋转角度的准确性。

直线滑移组件12是丝杆滑块驱动副，伸缩臂10和支撑臂11与丝杆滑块驱动副的滑块相连。丝杆滑块驱动副由步进电机驱动，在微调过程中，首先使药卷喷射管和模拟锚孔管道接触，通过电机电流检测两者是否接触；然后调节步进电机，将药卷喷射管向拟锚孔管道移动设定的距离。

直线滑移组件12也可以是油缸滑块机构，滑块安装在导轨上，油缸驱动滑块，伸缩臂10和支撑臂11与滑块相连，在微调过程中，首先使药卷喷射管和模拟锚孔管道接触，通过油缸压力检测两者是否接触；然后调节油缸，将药卷喷射管向拟锚孔管道移动设定的距离，油缸内安装有位移传感器，用于准确控制位移量。

一种脉冲气流自动推送药卷实验装置的实验方法，实验前，模拟锚孔内充入有色的示踪气体，试验时，采用高速摄像机13捕捉示踪气体在树脂药卷运动过程中的动态变化规律。也可以将高速摄像机对准预先设定的树脂药卷与模拟锚孔碰撞的区域，捕捉树脂药卷破碎的微观过程。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种脉冲气流自动推送药卷实验装置，其特征在于：包括实验台架（1）、药卷喷射装置（2）、药卷喷射管（3）和内部可视的模拟锚孔管道（4），模拟锚孔管道（4）一端封闭、一端裸口，模拟锚孔管道（4）内部作为模拟锚孔，模拟锚孔管道（4）的内壁附着有不均匀的颗粒物；模拟锚孔管道（4）的管壁上沿其长向开设有若干个测压孔，测压孔连通模拟锚孔，测压孔处安装微压差传感器（5）相连，微压差传感器（5）与多通道压力采集仪（6）相连；

实验台架（1）通过台架旋转装置（7）和实验台底座（8）相连，台架旋转装置（7）驱动实验台架（1）在垂直方向与水平方向之间转动；

药卷喷射管（3）和模拟锚孔管道（4）安装在实验台架（1）上，药卷喷射管（3）与模拟锚孔管道（4）的入口对接或分离，药卷喷射管（3）通过输送软管（9）与药卷喷射装置（2）相连。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲气流自动推送药卷实验装置，其特征在于：所述的模拟锚孔管道（4）安装在实验台架（1）上可以调整角度的第一支架上，以水平方向为0°，垂直向上为90°，模拟锚孔的角度可以在-30~90°之间变化；

药卷喷射管（3）安装在实验台架（1）上可以直线滑动和调整角度的第二支架上，药卷喷射管（3）与模拟锚孔中心对齐时为0°，药卷喷射管（3）的出口相对于模拟锚孔的角度在10到-10°之间变化。

3.根据权利要求2所述的一种脉冲气流自动推送药卷实验装置，其特征在于：所述的第一支架包括一条伸缩臂（10）和一条支撑臂（11），伸缩臂（10）和支撑臂（11）的底端与实验台架（1）相连、顶端与模拟锚孔管道（4）铰接；

第二支架包括一条伸缩臂（10）、一条支撑臂（11）和直线滑移组件（12），直线滑移组件（12）与实验台架（1）相连，伸缩臂（10）和支撑臂（11）的底端与直线滑移组件（12）的动作部相连、顶端与药卷喷射管（3）铰接。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲气流自动推送药卷实验装置，其特征在于：所述的模拟锚孔管道（4）是玻璃管或有机玻璃管。

5.根据权利要求3所述的一种脉冲气流自动推送药卷实验装置，其特征在于：所述的直线滑移组件（12）是丝杆滑块驱动副，伸缩臂（10）和支撑臂（11）与丝杆滑块驱动副的滑块相连。

6.根据权利要求2所述的一种脉冲气流自动推送药卷实验装置的实验方法，其特征在于：实验前，模拟锚孔内充入有色的示踪气体，试验时，采用高速摄像机（13）捕捉示踪气体在树脂药卷运动过程中的动态变化规律。

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